CN111233195A - 一种臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法，通过利用投加絮凝剂的絮凝作用和陶瓷膜过滤作用，可高效去除排泥水中的浊度，并通过投加臭氧和陶瓷膜协同作用有效地去除排泥水中的有机物和铁锰金属氧化物等常规污染物，同时臭氧的氧化作用和陶瓷膜的超滤作用还能有效去除排泥水中的细菌和病毒等微生物。与此同时，通入的臭氧对膜污染也有较好的缓解作用。
Description
技术领域
本发明涉及排泥水处理和回收技术领域，具体涉及一种臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法。
背景技术
自来水厂排泥水是净水工艺中“混凝-沉淀-过滤-消毒”生产饮用水过程中产生的，主要为沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水，这两部分废水约占自来水厂总产水量的4％～7％。排泥水中的主要污染物是颗粒物、胶体、部分有机物、微生物和投加的混凝剂等，其具有浊度大、含固率高、化学需氧量小等特点。
自来水厂排泥水的处置分为直接排放或回用、处理后排放或回用等两类。前者将排泥水直接排入自然水体，这可能破坏水体生态平衡，造成水体污染；而将排泥水回流至净水工艺流程中则会导致出厂水浊度偏高，明显影响出厂水水质。排泥水回用还存在的风险之一是微生物甚至是隐孢子虫等的积累，这可能将极大地危害用户的生命健康。将排泥水处理后排放或回用，其关键在于处理工艺的选择。
现有的排泥水处理工艺主要是沉淀、调质、离心脱水等，部分水虽然得到了回收，但这类回用方法存在占地面积大，化学调质难以控制和脱水能耗较大等问题。不但如此，此类排泥水处理工艺并不能有效去除排泥水中的污染物和细菌等，自来水厂对其进行回收时可能引起出厂水水质安全风险。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法，针对自来水厂排泥水处理和回用，以解决现有处理工艺在处理排泥水处理设施占地面积大，化学调质难控制，脱水能耗大等问题，并提高回用水水质，确保饮用水安全。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法，包括以下步骤：
1)提升泵将排泥水从原水箱送入管式静态混合器，同时，投药泵从絮凝剂箱将絮凝剂泵入管式静态混合器中，得排泥水混合液；
2)排泥水混合液由提升泵输送至陶瓷膜池内，由臭氧发生器产生的臭氧通过钛棒曝气，充分混合臭氧与排泥水，得到絮体混浊液；
利用钛棒进行曝气能使臭氧气泡分布得更均匀。因重力作用下流的混合液与向上曝气的臭氧进行充分混合，使得臭氧高效氧化降解各种污染物，排泥水中的细小颗粒物絮凝形成较大的絮体物，陶瓷膜池中通入臭氧也可使排泥水与絮凝剂充分混合并有助于絮凝体的形成。陶瓷膜膜孔的截留作用能有效去除排泥水中的有机物、浊度等常规污染物，铁锰等金属离子，同时在臭氧协同氧化作用下，进一步截留去除排泥水中细菌和病毒等微生物，提升水质，确保回收水的生物安全性。
3)在抽吸泵的作用下，通过陶瓷膜膜孔过滤絮体混浊液，水分子将通过膜孔，进入陶瓷膜的内腔，沿着陶瓷膜内部管路汇流管路至清水池；
4)将陶瓷膜过滤后的出水输送至清水池；
5)停止进水，改变抽吸泵转动方向，从清水池中抽取清水对陶瓷膜进行反冲洗。
进一步，步骤1)中，絮凝剂为聚合氯化铝，投加量为5～30mg/L。
再进一步，步骤2)中，所述陶瓷膜池中的陶瓷膜包括氧化铝、氧化锆、氧化钛或含有氧化锰和氧化铁的金属氧化物中的一种或几种。
进一步，步骤2)中，所述陶瓷膜池的陶瓷膜为氧化铝陶瓷膜，膜孔的平均孔径为50～100nm。本发明采用的陶瓷膜具有纳米级的膜孔，其膜孔内的纳米催化效应和臭氧氧化作用协同对污染物进行降解，对常见的新型污染物包括抗生素(简称PPCPs)和环境激素类物质(简称EDCs)等都有较好的去除效果。
再进一步，步骤2)中，陶瓷膜池内的臭氧尾气进入臭氧破坏器进行处理排放。
进一步，步骤2)中，所述臭氧发生器的臭氧投加量为2～30mg/L。由于臭氧能对排泥水中的污染水进行氧化分解以及能冲刷陶瓷膜表面，所以能有效缓解陶瓷膜污染。
再进一步，步骤2)中，陶瓷膜池内设有陶瓷膜和陶瓷膜组件，陶瓷膜设置在陶瓷膜组件的端部，钛棒设置在陶瓷膜池中的陶瓷膜组件的下方，陶瓷膜组件由多个平板状的所述陶瓷膜叠加组装构成。
进一步，步骤3)中，在陶瓷膜池中，被陶瓷膜截留的颗粒物滑落至位于陶瓷膜底部的污泥斗中。较大的颗粒絮体被陶瓷膜截留，随后沉降至陶瓷膜池底部的污泥斗中，污泥斗则定期将泥排出。
再进一步，步骤4)中，清水池的清水除了能用于反冲洗外，经过消毒处理后还可以作为饮用水，保证出水水质安全。特别地，清水池出水经过消毒处理后，水质能达到国家生活饮用水水质标准【GB5749-2006】，可直接回收作为饮用水。
进一步，步骤5)中，反冲洗还包括化学药洗，打开药投加泵，从药洗箱抽吸化学药剂进行清洗；化学药剂为次氯酸钠和/或双氧水。利用化学药剂对陶瓷膜表面和陶瓷膜组件的孔隙通道内部进行原位化学清洗。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明所述的方法通过利用絮凝剂的絮凝作用和陶瓷膜过滤作用，可高效去除排泥水中的浊度，并通过投加臭氧和陶瓷膜协同作用有效地去除排泥水中的有机物和铁锰金属氧化物等常规污染物，同时臭氧的氧化作用和陶瓷膜的超滤作用还能有效去除排泥水中的细菌和病毒等微生物。与此同时，通入的臭氧对膜污染也有较好的缓解作用。
附图说明
图1为臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的系统示意图。
图中：1、絮凝剂箱；2、投药泵；3、原水箱；4、提升泵；5、管式静态混合器；6、陶瓷膜池；7、钛棒；8、污泥斗；9、陶瓷膜组件；10、臭氧破坏器；11、臭氧发生器；12、电磁阀；13、抽吸泵；14、药投加泵；15、药洗箱；16、清水池。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例1
一种臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法，如图1所示，包括以下步骤：
1)提升泵4将排泥水从原水箱3送入管式静态混合器5，同时，投药泵2从絮凝剂箱1将絮凝剂泵入混合器中。絮凝剂的投加量和种类应该根据水质情况、反应时间和水量来确定。排泥水和絮凝剂在管式静态混合器5中充分混合，得到混合液。絮凝剂为聚合氯化铝。
2)排泥水混合液在管式静态混合器5中自下而上溢流至陶瓷膜池6内，由臭氧发生器11产生的臭氧通过陶瓷膜组件9下方的钛棒7曝气，充分混合臭氧与排泥水。一方面，因为混合和絮凝作用，排泥水混合液中小颗粒污染物凝聚成大颗粒絮体，得到絮体混浊液；另一方面，排泥水中一些有机污染物也因为臭氧的氧化降解作用得到去除。
3)在抽吸泵13的作用下，利用陶瓷膜膜孔的截留作用过滤絮体混浊液。粒径大于膜孔的颗粒物被截留在陶瓷膜池6内，而水分子将通过膜孔，进入陶瓷膜的内腔，沿着陶瓷膜内部管路汇流管路至清水池16。陶瓷膜池6中，被陶瓷膜截留的颗粒物滑落至位于底部的污泥斗8中，而沉积在陶瓷膜表面和膜孔的污染物，则在臭氧氧化作用下被降解，未降解的部分在膜的反冲洗过程中被清洗出来。
4)陶瓷膜进行反冲洗时，停止进水，打开抽吸泵13的出水管路的电磁阀12，启动抽吸泵13并改变转动方向，从清水池16中抽取清水对陶瓷膜进行反冲洗。陶瓷膜化学药洗时，打开药投加泵14，从药洗箱15抽吸化学药剂进行清洗。陶瓷膜池6内的臭氧尾气进入臭氧破坏器10进行处理排放。
5)将陶瓷膜过滤后的出水输送至清水池16，可进行消毒处理。
在本实施例中，排泥水浊度数值波动大，为500-7000NTU。絮凝剂的投加量取决于排泥水水质，包括温度，pH值，浊度，有机物含量等，在一种更具体的实施例中，聚合氯化铝的投加量为5-30mg/L排泥水，具体的可以是5mg/L、15mg/L或30mg/L。臭氧投加量为2-30mg/L，具体的可以是2mg/L、15mg/L或30mg/L，陶瓷膜组件9优选为平板陶瓷膜，平板陶瓷膜的材质为Al2O3，平均孔径为60nm。膜通量设置为30-90L/(m2·h)，过滤时的跨膜压差为-30kPa～0kPa。
实施例中，反冲洗周期是每处理泥水3600s反冲洗120s。自动排泥的周期是每运行时间7200s，排泥时间60s。陶瓷膜反冲洗后，跨膜压差可恢复98％以上，工艺稳定运行，出水水质符合我国生活饮用水标准。
实施例2
实施例2的步骤与实施例1相同。在本实施例中，排泥水浊度为500NTU，PAC的投加量为5mg/L，陶瓷膜组件9为平板陶瓷膜，材质为Al2O3，平均孔径为50nm。膜通量为90L/(m2·h)，过滤时的跨膜压差为-10kPa～0kPa，臭氧投加量为2mg/L。反冲洗周期是每处理泥水3600s反冲洗120s。自动排泥的周期是每运行时间7200s，排泥时间60s。
实施例3
实施例3的步骤与实施例1相同。在本实施例中，排泥水浊度为3000NTU，PAC投加量为15mg/L时，臭氧投加量为15mg/L，陶瓷膜组件9为平板陶瓷膜，材质为Al2O3，平均孔径为80nm。膜通量为60L/(m2·h)，过滤时的跨膜压差为-20kPa～0kPa，反冲洗周期是每处理泥水3600s反冲洗120s。自动排泥的周期是每运行时间7200s，排泥时间60s。
实施例4
实施例4的步骤与实施例1相同。排泥水浊度为7000NTU，絮凝剂投加量为30mg/L时，臭氧投加量为30mg/L，陶瓷膜组件9为平板陶瓷膜，材质为Al2O3，平均孔径为100nm。膜通量为30L/(m2·h)，过滤时的跨膜压差为-30kPa～0kPa。反冲洗周期是每处理泥水3600s反冲洗120s。自动排泥的周期是每运行时间7200s，排泥时间60s。絮凝剂选用铁盐絮凝剂。
对比例1
对比例1的排泥水原水与实施例1相同，排泥水处理和回收的方法步骤如下：
1)先将排泥水收集，并调匀排泥水水质；
2)利用离心机浓缩污泥，过滤并分离排泥水和污泥；
3)在经过浓缩的排泥水中，加入PAC作为絮凝剂，使污泥颗粒结成较大絮体，大大改善脱水性能；
4)加入絮凝剂后将污泥颗粒排入板框压滤机，脱水，将出水回收。
出水性能测试
对实施例1-4的原水和出水进行浊度、COD、UV245、Fe、Mn、PPCPs和总大肠杆菌的检测。
表1实施例1-4的检测结果
从表1可知，实施例1-4与对比例1相比，实施例1-4的方法可以有效去除COD、UV254、Fe、Mn等金属离子等。在微生物的去除方面，臭氧氧化对细菌有较好的杀灭作用，而陶瓷膜对细菌也有过滤和截留作用。此外，在新型污染物去除方面，由于所述方法采用陶瓷膜具有纳米级的膜孔，膜孔内的纳米催化效应和臭氧氧化作用协同对常见的新型污染物包括抗生素(简称PPCPs)和环境激素类物质(简称EDCs)等都有较好的去除效果。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)提升泵将排泥水从原水箱送入管式静态混合器，同时，投药泵从絮凝剂箱将絮凝剂泵入管式静态混合器中，得排泥水混合液；
2)排泥水混合液由提升泵输送至陶瓷膜池内，由臭氧发生器产生的臭氧通过钛棒曝气，充分混合臭氧与排泥水，得到絮体混浊液；
3)在抽吸泵的作用下，通过陶瓷膜膜孔过滤絮体混浊液，水分子将通过膜孔，进入陶瓷膜的内腔，沿着陶瓷膜内部管路汇流管路至清水池；
4)将陶瓷膜过滤后的出水输送至清水池；
5)停止进水，改变抽吸泵转动方向，从清水池中抽取反冲洗水对陶瓷膜进行反冲洗。
2.如权利要求1所述的臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法，其特征在于，步骤1)中，絮凝剂为聚合氯化铝，投加量为5～30mg/L。
3.如权利要求1所述的臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法，其特征在于，步骤2)中，所述陶瓷膜池中的陶瓷膜包括氧化铝、氧化锆、氧化钛或含有氧化锰和氧化铁的金属氧化物中的一种或几种。
4.如权利要求3所述的臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法，其特征在于，步骤2)中，所述陶瓷膜池的陶瓷膜为氧化铝陶瓷膜，膜孔的平均孔径为50～100nm。
5.如权利要求1所述的臭氧与陶瓷组合工艺对排泥水处理和回收的方法，其特征在于，步骤2)中，陶瓷膜池内的臭氧尾气进入臭氧破坏器进行处理排放。
6.如权利要求1所述的臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法，其特征在于，步骤2)中，所述臭氧发生器的臭氧投加量为2～30mg/L。
7.如权利要求3所述的臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法，其特征在于，步骤2)中，陶瓷膜池内设有陶瓷膜和陶瓷膜组件，陶瓷膜设置在陶瓷膜组件的端部，钛棒设置在陶瓷膜池中的陶瓷膜组件的下方，陶瓷膜组件由多个平板状的所述陶瓷膜叠加组装构成。
8.如权利要求1所述的臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法，其特征在于，步骤3)中，在陶瓷膜池中，被陶瓷膜截留的颗粒物滑落至位于陶瓷膜底部的污泥斗中。
9.如权利要求1所述的臭氧与陶瓷组合工艺对排泥水处理和回收的方法，其特征在于，步骤4)中，清水池内的清水经消毒处理后，出水作为饮用水。
10.如权利要求1所述的臭氧与陶瓷膜组合工艺对排泥水处理和回收的方法，其特征在于，步骤5)中，反冲洗还包括化学药洗，打开药投加泵，从药洗箱抽吸化学药剂进行清洗；化学药剂为次氯酸钠和/或双氧水。
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